„Eine solide Endstufe mit reichlich Peakleistung“ empfiehlt die FIDELITY Messtechnik für die Quadral Aurum Wotan VIII. Warum das so ist, erfahren Sie hier.
Alle unsere Messungen werden mit dem PC-basierten Messsystem „Monkey Forest“ mit einer Auflösung von 1 Hz oder kleiner bei einer Abtastrate von 96 kHz durchgeführt. Als Messmikrofon wird eine B&K-Kondensatorkapsel vom Typ 4939 mit ¼ Zoll Durchmesser eingesetzt sowie ein Impedanzwandler vom Typ 2670. Zusammen mit einer Kompensationsdatei erlaubt diese Kombination präzise Messungen bis 40 kHz. Die Signale des Messmikrofons werden mit einem B&K-Messverstärker, Typ 2610 verstärkt, bevor sie von einem hochpräzisen 24 bit/96 kHz-Messfrontend für die Messsoftware zugänglich gemacht werden. Auf der Ausgangsseite stehen für passive Lautsprecher zwei kleine 20-Watt- Messverstärker bei der Standardmessung zur Verfügung. Wenn es einmal ernst wird und Bedarf nach viel Leistung besteht, kommen eine Crown Reference I oder eine Crown I-T12000 HD zum Einsatz. Aktive Lautsprecher werden direkt aus dem Messfrontend mit einem Line-Pegel-Signal analog symmetrisch angesteuert.
Der Messraum ist als reflexionsarmer Halbraum mit einem absolut schallharten Granitboden aufgebaut und ermöglicht Freifeldbedingungen ab ca. 100 Hz aufwärts. Das Messmikrofon wird immer auf dem Boden platziert, sodass es für das Mikrofon keine sichtbaren Reflexionen von der Bodenfläche gibt. Messungen für den Frequenzbereich unterhalb von 100 Hz werden als Nahfeldmessungen direkt vor den Quellen durchgeführt und später in der Software mit der Fernfeldmessung automatisch kombiniert. Die Messentfernung sollte einer typischen Hördistanz entsprechen und kann maximal acht Meter betragen. Kleine Lautsprecher werden meist in zwei Meter Entfernung, größere in vier oder acht Meter Entfernung gemessen.
Elektrische Impedanz
Die Quadral Aurum Wotan VIII ist ein 3-Wege-System mit passiver Weiche sowie getrennten Anschlussterminals für die Tieftöner und die Mittelhochtoneinheit. Damit besteht die Möglichkeit, bei den Messungen auf diese beiden Zweige einzeln zuzugreifen. Abbildung 1 zeigt die Impedanzmessungen für die Tieftöner in Blau und für die Mittelhochtöner in Grün. Betreibt man beide Wege parallel, ergibt sich die rote Kurve. Die Tieftöner geben sich hier mit dem typischen Doppelhöcker als Bassreflexsystem zu erkennen, dessen Abstimmfrequenz (Resonanz) im Minimum zwischen den Höckern bei 33 Hz liegt. Die Wotan ist damit für ihre Größe recht tief abgestimmt. Eine höhere Abstimmung liefert zwar mehr Empfindlichkeit (Sensitivity) und Maximalpegel, verhindert jedoch die Wiedergabe tieffrequenter Anteile, da ein Bassreflexsystem unterhalb seiner Abstimmfrequenz sehr schnell an Empfindlichkeit verliert. Hinzu kommt, dass damit die Membranauslenkungen im weitgehend unbedämpften Zustand drastisch zunehmen, womit die Verzerrungen breitbandig ansteigen. Der Entwickler steht somit bei Lautsprechern, die eine überschaubare Größe haben sollen, vor einer Entscheidung: Entweder stimmt er das Bassreflexsystem tendenziell hoch ab, wodurch die Box im Bassbereich lauter wird, aber auch früher beginnt, im Pegel abzufallen – oder er wählt eine tiefe Abstimmung, bei der der Pegelabfall zwar früher, dafür aber gemäßigter einsetzt. In der Einzelmessung der Tieftöner steigt die Impedanzkurve zu den höheren Frequenzen hin sehr schnell an. Dieser Effekt entsteht durch das vorgeschaltete Tiefpassfilter in der passiven Weiche. Die Einzelmessung der Mittelhochtoneinheit zeigt das komplementäre Verhalten dazu: Dort steigt durch das passive Hochpassfilter die Impedanz zu den Tiefen hin an. Betrachtet man beide Zweige parallel, entsteht daraus ein Verlauf, wie von der roten Kurve in Abbildung 1 dargestellt. Den zugehörigen Phasengang zeigt die gestrichelte Kurve.
Der Kondensator-Trick
Hier fällt der kapazitive Anteil (negative Phase) bei den tiefen Frequenzen auf, durch den sich ein im Signalweg des Tieftöners liegender großer Kondensator zu erkennen gibt. Die Darstellung in Abbildung 1 endet nach unten hin bei 20 Hz. Würde man noch weiter nach unten blicken, könnte man dort den Impedanzanstieg für die Tieftöner erkennen, der durch den Kondensator verursacht wird. Warum macht man das? Ein großer Kondensator von einigen Hundert bis zu 1000 oder 2000 Mikrofarad – der auch als Parallelschaltung aus mehreren kleineren Kondensatoren bestehen kann – bietet im Signalweg des Tieftöners zwei Vorteile: Erstens ermöglicht er, bei nur geringen Pegelverlusten das Gehäuse deutlich kleiner auszulegen; zweitens können auch Treiber mit einer ansonsten für Bassreflexsysteme zu hohen Güte sinnvoll eingesetzt werden. Bei der Wotan VIII dürften beide Eigenschaften genutzt worden sein, sodass man als Resultat eine kompakte und trotzdem tief hinabreichende Box erhält.
Frequenz- und Phasengang
Die Messungen zum Frequenzgang wurden aufgrund der Vielzahl von Kurven auf zwei Grafiken aufgeteilt. Abbildung 2b zeigt die Nahfeldmessungen der drei Membranen der Konuslautsprecher, des Bassreflextunnels und deren Summenfunktion. Für den Gesamtfrequenzgang in Abbildung 2a wurde diese Nahfeldsumme für den Frequenzbereich unterhalb von 120 Hz genutzt. Ebenso wie bei den Impedanzkurven sind in Abbildung 2a auch die beiden Einzelmessungen der Tiefton- und der Mittelhochtoneinheit gezeigt. Der Mitteltontreiber ist identisch zu den beiden Tieftönern, wird jedoch völlig anders betrieben. Auf seiner Rückseite befindet sich ein relativ kleines geschlossenes Gehäuse, das mit dicht gestopfter Polyesterwatte ausgefüllt ist, während die beiden als Tieftöner eingesetzten Kollegen auf ein größeres Bassreflexgehäuse arbeiten. Die Trennung erfolgt laut Datenblatt bei 330 Hz. Entsprechend früh fällt die grüne Kurve in Abbildung 2a dann auch ab. Bedingt durch den Kondensator-Trick beginnt die blaue Kurve der Tieftöner bei 100 Hz langsam mit 6 dB pro Oktave abzufallen. Erst bei ca. 25 Hz geht das Gefälle der Kurve in einen deutlich steileren Verlauf über. Ein solcher Verlauf mit einem leichten Rolloff in den tiefen Bässen ist für viele Anwendungsfälle eher günstig, da es durch die Aufstellung und die Raumakustik ohne Rolloff in diesem Bereich gerne zu Pegelüberhöhungen kommt. Wenn man den Gesamtverlauf betrachtet, sieht man einen gut konstruierten Lautsprecher, der einen fast perfekt glatten Frequenzgang liefert. Vor allem in Anbetracht der rein passiven Filterung ist das beachtenswert. Die Welligkeit vom tiefsten zum höchsten Punkt zwischen 100 Hz und 10 kHz beträgt nur 3,3 dB. Die mittlere Sensitivity liegt für diesen Frequenzbereich bei 85,2 dB, berechnet für 2 V/1 m bzw. 1 W/1 m. Die unteren und oberen Eckfrequenzen liegen bei 44 Hz und 29 kHz, bezogen auf die 85,2 dB als Minus-6-dB-Punkt. Demnach ist alles bestens, was diese Disziplin angeht.
Bi-Wiring
Die getrennten Messungen für die Tieftöner und Mittelhochtöner sind dank des praktischen Bi-Wiring-Terminals möglich. Für den Anwender stellt sich bei diesem Thema die Frage: Was bringt mir Bi-Wiring? Passive Filter, so wie sie in der Wotan VIII eingesetzt werden, erwarten eine möglichst perfekte Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand nahe null Ohm. Werden mehrere passive Filterzweige – also z. B. für den Tief-, Mittel- und Hochtöner – auf der Eingangsseite parallel betrieben, dann erfüllen diese an einer idealen Quelle völlig unabhängig voneinander ihre Funktion wie gewünscht. Soweit die Theorie. Eine gute Endstufe kommt dieser Vorstellung einer idealen Spannungsquelle in der Tat auch schon sehr nahe. Der Innenwiderstand eines modernen Verstärkers liegt in der Größenordnung von einigen Milliohm und lässt sich durch den Messwert des Dämpfungsfaktors beschreiben. Hat eine Endstufe z. B. einen Dämpfungsfaktor von 200, bezogen auf eine 4-?-Nennlast, dann bedeutet das einen Innenwiderstand von 20 m?, der als fast ideal bezeichnet werden kann. Dann ist ja alles gut, könnte man meinen – wenn da nicht noch das Kabel wäre. Der Kabelwiderstand liegt, abhängig von der Länge und vom Querschnitt, meist ein Vielfaches über dem Innenwiderstand der Endstufe. Und aus der Sicht der Weiche gehört dieser Kabelwiderstand mit zum Quellenwiderstand, d. h. die Eingänge der Filterzweige werden in der Box zunächst parallel geschaltet und dann über diesen Kabelwiderstand mit der Endstufe verbunden. Genau hier liegt das Problem. Behindert durch den Kabelwiderstand, kann die Endstufe jetzt nicht mehr verhindern, dass zwischen den Filterzweigen parasitäre Ausgleichsströme fließen, die sich natürlich auch irgendwann akustisch bemerkbar machen. Legt man für jeden Filterzweig ein eigenes Kabel zur Endstufe (Bi- oder Tri-Wiring), dann erfolgt die Parallelschaltung erst direkt an den Klemmen der Endstufe. Der Kabelwiderstand ist zwar jetzt immer noch da; aber dort, wo die parasitären Ströme von einem Filterzweig zum anderen fließen wollen, hat jetzt die Endstufe einen wesentlich besseren Zugriff und kann genau diesen Effekt verhindern bzw. deutlich reduzieren. Wer das Ganze noch auf die Spitze treiben möchte, kann auch noch getrennte Endstufen einsetzen. Damit ist man allerdings auch schon fast bei einem vollaktiven Betrieb angelangt. Unter dem Aspekt des Kosten-Nutzen-Verhältnisses schneidet das Bi-Wiring also am besten ab.
Phasengang und Sprungantwort
Der Phasengang der Wotan VIII (Abb. 3) stellt sich ähnlich „gutmütig“ wie der Frequenzgang dar, was auch nicht weiter verwundert, da beide in direkter Abhängigkeit zueinander stehen. Am unteren Ende des Frequenzbandes dreht sich die Phase durch die akustische Hochpassfilterung des Bassreflexgehäuses und den vorgeschalteten Kondensator um 360 plus 90 Grad. Weiter nach oben kommen die Übergänge vom Tieftöner zum Mitteltöner und letztendlich zum Hochtöner dazu, die in der Summe nochmals 360 plus 180 Grad mit sich bringen. Unabhängig von diesen Werten ist primär ein stetig mit gleicher Steilheit fallender Verlauf der Phase wichtig. Ist dies nicht der Fall und die Kurve knickt z. B. plötzlich ab, dann gibt es Laufzeitfehler zwischen den einzelnen Wegen. Der Phasengang der Wotan VIII gibt sich unter diesem Aspekt vorbildlich. Die einzelnen Bereiche der Phase finden sich so auch in der Sprungantwort (Abb. 4) wieder. Die höchsten Frequenzen zeigen sich im ersten scharfen, nach unten gerichteten Peak, danach kommt ein breiterer Impuls, der nach oben zeigt, dann ein noch breiterer Impuls wieder nach unten und so weiter. Je höher der Frequenzbereich, desto schmaler ist der Impuls im Zeitbereich. So lässt sich auch in der Sprungantwort die Phasenlage der einzelnen Frequenzbereiche zurückverfolgen. Kurz gesagt: Der Informationsgehalt in der Sprungantwort und im Phasengang ist der gleiche, aber die vorhandene Information lässt sich im Phasengang deutlich besser ablesen und umfassender interpretieren.
Spektrogramm
Das Spektrogramm entsteht aus in den Frequenzbereich transformierten Zeitfenstern, die in feinen Schritten über die Impulsantwort verschoben werden. Schwingen bestimmte Frequenzbereiche auffällig lange nach, wird dies im Spektrogramm durch einen Ausläufer sichtbar. Abbildung 5 zeigt das Spektrogramm der Wotan VIII, das mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung von 10 ?s erstellt wurde. Zwischen 250 Hz und 1 kHz sind hier einige schmale, aber harmlose Resonanzen zu erkennen, die vermutlich auf das Gehäuse des Mitteltöners zurückzuführen sind. Oberhalb von 1 kHz wird es dann schon fast beängstigend perfekt. In diesem Bereich ist nicht einmal der Ansatz einer Resonanz auszumachen, was natürlich ganz besonders auch den Hochtöner adelt. Man beachte, dass die Darstellung hier bis 40 kHz reicht!
Isobaren
Das Abstrahlverhalten in der horizontalen Ebene wird primär durch die Ausdehnung der Strahlerflächen und durch die Gehäusebreite bestimmt. Letzteres zeigt sich in der Sprungstelle der Isobarenkurven bei ca. 500 Hz (Abb. 6). Darüber hinaus schnüren sich die Isobaren langsam ein, bis oberhalb von 3 kHz der schmalere Hochtöner ins Spiel kommt, der zunächst wieder etwas breiter abstrahlt und sich zu den höheren Frequenzen hin auch wieder einengt. Zwischen 1 und 10 kHz liegt der mittlere Öffnungswinkel bei 130 Grad, was eine großzügige Bewegungsfreiheit vor den Lautsprechern ermöglicht. Unabhängig davon wäre an dieser Stelle noch der gut gelungene Übergang vom Mittel- auf den Hochtöner zu erwähnen, der zwar zu erkennen, aber weit von dem entfernt ist, was man als Sprungstelle bezeichnen würde. Den Entwicklern von Quadral gelang hier, durch einen geschickt eingestellten Übergang zwischen den beiden Wegen die sonst entstehende Sprungstelle zu verschleifen. Dass der Übergang zwischen Mittel- und Hochtöner etwas breiter gestaltet wurde, lässt sich auch in den vertikalen Isobaren erkennen. Der von Interferenzen betroffene Frequenzbereich ist hier mit etwas mehr als einer Oktave Breite von 2 bis 5 kHz ebenfalls ein wenig ausgedehnter. Bedingt durch die Anordnung der Treiber und die Ausdehnung des Bändchenhochtöners ist das vertikale Abstrahlverhalten der Wotan VIII insgesamt deutlich enger als das horizontale. Genau das kommt aber der Raumakustik in vielen normalen Wohnzimmern entgegen. Decke und Boden sind hier meist weitgehend schallhart, sodass durch das enge Abstrahlverhalten die Reflexionen von Boden und Decke vermindert werden. Das Verhältnis vom Direktschall zu den reflektierten Anteilen verbessert sich damit ebenso wie der Höreindruck.
Paarabweichung
Die Paarabweichung ist eine Messgröße, die neben einer Beurteilung der Fertigungsqualität des Herstellers auch eine Aussage darüber zulässt, wie präzise ein Stereo-Pärchen Schallquellen räumlich abzubilden vermag. Wenn die Unterschiede groß sind und mit der Frequenz variieren, schwankt die Mittenortung ebenso. Bei der Wotan VIII braucht man sich hier keine Sorgen zu machen, denn die maximale Abweichung zwischen den beiden Testmustern liegt bei nur 0,8 dB – und das sogar dann, wenn man den gesamten Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz betrachtet.
Maximalpegel und Verzerrungen
Zum Thema Verzerrungen wurde in einer ersten Messreihe der maximal erreichbare Pegel der Quadral Aurum Wotan VIII bei höchstens 3 % Verzerrungen ermittelt. Das Ergebnis zeigt die rote Kurve in Abbildung 9, die sich nahezu vollständig mit der oberen grünen Kurve deckt. Diese stellt den rechnerisch möglichen Maximalpegel dar, der sich aus der Sensitivity und der maximal zugeführten Leistung ergibt. Als Grenzwert wurde hier die vom Hersteller angegebene Belastbarkeit von 120 W angesetzt, was gegenüber 1 W einer Pegelerhöhung von 20,8 dB entspricht. Lediglich bei den tiefen Frequenzen unterhalb von 120 Hz laufen die Kurven auseinander, da hier bedingt durch die zunehmende Membranauslenkung die Verzerrungen ansteigen. Eine zweite Messreihe bis 300 Hz mit einem Verzerrungsgrenzwert von 10 % liegt entsprechend höher. Die Wotan VIII darf damit als sehr verzerrungsarm gelten, denn quasi der gesamte Frequenzbereich wird bei Nennleistung mit nicht mehr als 3 % Verzerrungen wiedergegeben, und das bei einem Schalldruck von immerhin 106 dB, bezogen auf 1 m Entfernung. Die makellose Kurve legt auch die Vermutung nahe, dass noch einiges mehr möglich wäre, wenn man mehr Leistung bei der Messung zulassen würde. Wir wollten jedoch vermeiden, dass der gute und verzerrungsarme Lautsprecher letztendlich mit dem Hitzetod dafür bestraft wird, dass er den Messalgorithmus nicht durch frühzeitig einsetzende Verzerrungen stoppte. Eine weitere Messreihe zum Thema Verzerrungen befasst sich mit den Intermodulationsverzerrungen (IMD). Diese entstehen, wenn mehrere Signale gleichzeitig wiedergegeben werden und sich daraus vorher nicht im Signal vorhandene Mischprodukte bilden. Die IMD unterscheiden sich von den harmonischen Verzerrungen (THD), die bei der Wiedergabe eines einzelnen Sinustons entstehen und ausschließlich aus ganzzahligen Vielfachen des ursprünglichen Sinussignals bestehen (k2, k3, k4 usw.). Für die Messungen der IMD wird hier ein Multisinus-signal verwendet, das aus 60 einzelnen Sinustönen besteht. Das Signal hat dabei eine spektrale Verteilung und einen Crestfaktor (Verhältnis Spitzenwert zu Mittelungswert) ähnlich einem normalen Musiksignal und ist somit recht realitätsnah. Die blaue Kurve in Abbildung 10 zeigt die spektrale Verteilung des Signals nach EIA-426B. Als Verzerrungen werden bei dieser Messung alle diejenigen Signalanteile bewertet, die nach der Übertragung über den Lautsprecher neu hinzugekommen sind. Die rote Kurve in Abbildung 10 stellt das Ergebnis für die Wotan VIII dar. Der Signalpegel wurde auf 85 dBA Mittelungspegel in 4 m Entfernung unter Freifeldbedingungen eingestellt. Warum gerade dieser Wert? 85 dBA als Mittelungspegel über eine längere Zeit ist für Heimanwendungen bereits eine gehobene Abhörlautstärke, die vielen Musikliebhabern schon als grenzwertig laut erscheint und deshalb nur selten überschritten werden dürfte. Der linear bewertete Spitzenwert liegt dann bereits in einer Größenordnung jenseits der 100 dB. Die Entfernung von 4 m wurde als typischer Hörabstand für einen Standlautsprecher in der Art der Wotan VIII gewählt. Kleinere Lautsprecher würden auf einen Pegelwert von 85 dBA in 2 m Entfernung eingestellt werden, sodass immer ein Bezug zur typischen Anwendung besteht. Das Messergebnis für die Wotan VIII bestätigt nochmals den schon sehr guten Eindruck der anderen Messungen. Die Intermodulationsverzerrungen liegen hier in einem Bereich von – 35 dB und auch noch deutlich darunter. Lediglich zwischen 3 und 5 kHz gibt es einen leichten Anstieg.
Fazit Messwerte
Die Wotan VIII stellt aus messtechnischer Sicht eine rundum saubere Ingenieursleistung dar. Alle Messergebnisse vom Frequenzgang über das Abstrahlverhalten bis hin zu den Verzerrungswerten sind makellos. Als Hörer darf man sich bei der Wotan VIII sicher sein, die Musik tonal völlig neutral und äußerst verzerrungsarm zu erleben, was auch bei deutlich teureren Lautsprechern alles andere als selbstverständlich ist. Das breite horizontale und enge vertikale Abstrahlverhalten kommt zudem Räumen mit einer eher schwierigen Akustik entgegen. Wie die Verzerrungsmessungen gezeigt haben, verfügt die Wotan VIII noch über einige Reserven, sodass die Kombination mit einer soliden Endstufe mit reichlich Peakleistung naheliegt.
